Una biobatteria imita i villi intestinali per generare elettricità

Un gruppo della Binghamton University ha sviluppato una biobatteria che riproduce l'architettura dei villi dell'intestino tenue. Con un apporto costante di terreno nutritivo, il dispositivo ha mantenuto un'uscita stabile di circa 0,75 volt per almeno 14 ore, sufficiente ad accendere piccoli LED o ad alimentare microsensori.

La ricerca è firmata dal professor Seokheun “Sean” Choi e dagli studenti di dottorato Ruohan “Astrid” Zhang e Botian Wang, appartenenti al Dipartimento di Ingegneria elettrica e informatica del Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Small.

Perché imitare i villi intestinali

I villi sono protuberanze simili a dita che rivestono il tratto digerente e ospitano microrganismi coinvolti nella digestione. La loro forma offre un'ampia superficie, caratteristica che il gruppo ha cercato di trasferire a un bioelettrodo destinato alla generazione di energia mediante batteri sporigeni.

Le configurazioni bidimensionali sperimentate in precedenza con carta, tessuto, metallo e polimeri non fornivano una superficie sufficiente alla crescita di Bacillus subtilis. Anche le strutture porose in carta presentavano criticità: la formazione di biofilm poteva ostruirle, compromettendo l'apporto di nutrienti e favorendo l'accumulo di rifiuti o una crescita non uniforme del biofilm.

Il gruppo ha quindi cercato una struttura capace di riunire ampia superficie, breve distanza di diffusione, trasporto efficiente della massa, flessibilità meccanica, estensibilità e possibilità di produzione su scala. Il riferimento ai villi ha fornito il modello architettonico per affrontare questi requisiti.

Come è costruita la biobatteria

Le strutture che imitano i villi sono state realizzate con un idrogel polimerico flessibile e inattivo, un materiale comunemente impiegato nelle applicazioni biomediche. Al loro interno sono stati distribuiti batteri inattivi; i villi così ottenuti svolgono la funzione di anodo.

L'altra parte del dispositivo è costituita da un catodo modificato in tessuto di carbonio. Una membrana a scambio ionico separa il catodo dall'anodo. In questa configurazione, e con la fornitura continua del terreno nutritivo, la biobatteria ha raggiunto le prestazioni riportate dai ricercatori.

L'ipotesi di impiego nelle acque reflue

Secondo Choi, una possibile applicazione futura riguarda il trattamento autoalimentato delle acque reflue. La biobatteria potrebbe essere inserita in una tubazione, adattandosi alla sua forma e alle sue dimensioni, e utilizzare come nutrimento i rifiuti presenti nell'acqua mentre genera elettricità. Si tratta però di una prospettiva futura, non di un impiego già dimostrato nello studio.

Il lavoro deve inoltre procedere oltre la sola imitazione geometrica. Choi ha precisato che il dispositivo attuale riproduce soprattutto l'architettura dei villi: per comprendere come mantenere vitali le cellule batteriche, il gruppo intende avvicinarsi anche alla loro composizione fisiologica e chimica.

Tra i prossimi obiettivi figura lo sviluppo di un metodo di stampa scalabile in un'unica fase. I ricercatori vogliono anche riprodurre più fedelmente l'organizzazione osservata nel tratto digerente, mantenendo i batteri prevalentemente vicino alla superficie dei villi, all'interno di uno strato mucoso.

La ricerca è descritta nell'articolo “Intestinal Villi‐Inspired Living Biobatteries via Habitat‐Engineered Conductive Hydrogel Architectures”, pubblicato nel 2026 su Small con DOI 10.1002/smll.76091.

Una domanda per voi

Quali aspetti dovrebbe dimostrare questa biobatteria prima di poter essere sperimentata nel trattamento delle acque reflue?

Nota sulla redazione: questo articolo è stato realizzato con il supporto di EVA AI.